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分布式哈希（Distributed Hashing）
分布式环境中，需要进行分布式哈希来进行负载均衡，减少忙碌服务器的负载。例如，对一个键(key)做了哈希后，需要确定它保存在哪个服务器上面。一致性散列(consistent hash)函数的特点是，当函数范围(例如，服务器的数量)变化，它变化的最少。 一个对一致性哈希的典型应用是Memcached.
对长度做的哈希
假设不使用一致性哈希函数，只是简单地根据服务器的数量进行哈希。
假设有3台服务器A,B,C, 现在采用的策略是hash(key) mod N。
一般来说，取余(mod)操作比较慢，如果服务器的数量是
2^N,计算mod操作时，可以用hash(key) & (2^N )来提高速度。
| KEY | HASH | HASH mod 3 |
|---|---|---|
| "john" | 1633428562 | 2 |
| "bill" | 7594634739 | 0 |
| "jane" | 5000799124 | 1 |
| "steve" | 9787173343 | 0 |
| "kate" | 3421657995 | 2 |
key在服务器的分布情况如下：
| A | B | C |
|---|---|---|
| "bill" | "jane" | "john" |
| "steve" | "kate" |
再散列问题
这时，如果服务器的数量发生改变，因为策略是hash(key) mod N。 key在服务器的分布情况会发生较大的变化。假设减少了一台服务器，现在只有服务器A,B。
| KEY | HASH | HASH mod 2 |
|---|---|---|
| "john" | 1633428562 | 0 |
| "bill" | 7594634739 | 1 |
| "jane" | 5000799124 | 0 |
| "steve" | 9787173343 | 1 |
| "kate" | 3421657995 | 1 |
分布情况：
| A | B |
|---|---|
| "john" | "bill" |
| "jane" | "steve" |
| "kate" |
可以看到，hash(key) mod N, 由于N这个值域发送变化，key的分布全部都变了。这会导致，短时间内，对key的查询失效，增加服务器的负担，减低性能。
解决方法：一致性hash
一致性hash是一个分布式的hash方法，它的hash与服务器的数量无关，因为它将key 映射在一个虚拟的hash环（hash ring)，使得服务变得更为可扩展。
假设将hash(key)映射到一个环，最小值是0，它的角度也为0度，最大值是INT_MAX,角度是360度。
| KEY | HASH | ANGLE (DEG) |
|---|---|---|
| "john" | 1633428562 | 58.8 |
| "bill" | 7594634739 | 273.4 |
| "jane" | 5000799124 | 180 |
| "steve" | 9787173343 | 352.3 |
| "kate" | 3421657995 | 123.2 |
同样地，将服务器做系统的映射，放到hash ring。
| KEY | HASH | ANGLE (DEG) |
|---|---|---|
| "john" | 1633428562 | 58.8 |
| "bill" | 7594634739 | 273.4 |
| "jane" | 5000799124 | 180 |
| "steve" | 9787173343 | 352.3 |
| "kate" | 3421657995 | 123.2 |
| "A" | 5572014558 | 200.6 |
| "B" | 8077113362 | 290.8 |
| "C" | 2269549488 | 81.7 |
我们可以设置自己的规则，以逆时针方向，每个key都属于距离它最近的服务器
| EY | HASH | ANGLE (DEG) |
|---|---|---|
| "john" | 1633428562 | 58.7 |
| "C" | 2269549488 | 81.7 |
| "kate" | 3421657995 | 123.1 |
| "jane" | 5000799124 | 180 |
| "A" | 5572014557 | 200.5 |
| "bill" | 7594634739 | 273.4 |
| "B" | 8077113361 | 290.7 |
| "steve" | 787173343 | 352.3 |
| KEY | HASH | ANGLE (DEG) | LABEL | SERVER |
|---|---|---|---|---|
| "john" | 1632929716 | 58.7 | "C" | C |
| "kate" | 3421831276 | 123.1 | "A" | A |
| "jane" | 5000648311 | 180 | "A" | A |
| "bill" | 7594873884 | 273.4 | "B" | B |
| "steve" | 9786437450 | 352.3 | "C" | C |
从编程的角度，我们可以将服务器的值（角度或者hash值）保存在一个有序列表中，然后去搜索这个列表，找到第一个它的值大于或者等于key值的服务器，如果找不到，就去去列表的第一个服务器。
为了保证key是均匀第分布在服务器中，我们给服务器赋予很多的标签(label)，例如A0...A9, B0...B9, C0...C9,然后将其散布到hash ring中。每个服务器的label的数量就是这个服务器的权重(weight)， 这是用来调整key落在服务器上的可能性。权重越大，label越多，一个服务器保存的key越多。
例如，给服务器A,B, C相同的权重，10个权重，分布在hash ring中。
| KEY | HASH | ANGLE (DEG) |
|---|---|---|
| "C6" | 408965526 | 14.7 |
| "A1" | 473914830 | 17 |
| "A2" | 548798874 | 19.7 |
| "A3" | 1466730567 | 52.8 |
| "C4" | 1493080938 | 53.7 |
| "john" | 1633428562 | 58.7 |
| "B2" | 1808009038 | 65 |
| "C0" | 1982701318 | 71.3 |
| "B3" | 2058758486 | 74.1 |
| "A7" | 2162578920 | 77.8 |
| "B4" | 2660265921 | 95.7 |
| "C9" | 3359725419 | 120.9 |
| "kate" | 3421657995 | 123.1 |
| "A5" | 3434972143 | 123.6 |
| "C1" | 3672205973 | 132.1 |
| "C8" | 3750588567 | 135 |
| "B0" | 4049028775 | 145.7 |
| "B8" | 4755525684 | 171.1 |
| "A9" | 4769549830 | 171.7 |
| "jane" | 5000799124 | 180 |
| "C7" | 5014097839 | 180.5 |
| "B1" | 5444659173 | 196 |
| "A6" | 6210502707 | 223.5 |
| "A0" | 6511384141 | 234.4 |
| "B9" | 7292819872 | 262.5 |
| "C3" | 7330467663 | 263.8 |
| "C5" | 7502566333 | 270 |
| "bill" | 7594634739 | 273.4 |
| "A4" | 8047401090 | 289.7 |
| "C2" | 8605012288 | 309.7 |
| "A8" | 8997397092 | 323.9 |
| "B7" | 9038880553 | 325.3 |
| "B5" | 9368225254 | 337.2 |
| "B6" | 9379713761 | 337.6 |
| "steve" | 9787173343 | 352.3 |
| KEY | HASH | ANGLE (DEG) | LABEL | SERVER |
|---|---|---|---|---|
| "john" | 1632929716 | 58.7 | "B2" | B |
| "kate" | 3421831276 | 123.1 | "A5" | A |
| "jane" | 5000648311 | 180 | "C7" | C |
| "bill" | 7594873884 | 273.4 | "A4" | A |
| "steve" | 9786437450 | 352.3 | "C6" | C |
使用hash ring的好处是，如果标签C0...C9被移除， 之前属于C0...C9标签的key就会落到A0...A1和B0...B1上面，其他标签的key没有变化。
| KEY | HASH | ANGLE (DEG) | LABEL | SERVER |
|---|---|---|---|---|
| "john" | 1632929716 | 58.7 | "B2" | B |
| "kate" | 3421831276 | 123.1 | "A5" | A |
| "jane" | 5000648311 | 180 | "B1" | B |
| "bill" | 7594873884 | 273.4 | "A4" | A |
| "steve" | 9786437450 | 352.3 | "A1" | A |
同样地，当服务器数量增加时，变化也是类似的。
如果有k个key，N个服务器，当服务器数量变化时。只有k/N个key发生变化。
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